磁脉冲信号发生器的检查与调整

磁脉冲信号发生器的检查与调整（精选5篇）

篇1：磁脉冲信号发生器的检查与调整

一、磁脉冲信号发生器的检查与调整

1、磁脉冲信号发生器间隙的检查

（1）拆下蓄电池负极导线。

（2）拆下分电器盖。

（3）用非磁性黄铜测隙片测量信号转子和传感器线圈凸起部分之间的间隙。当

信号转子凸齿与传感器铁心对齐时，间隙一般为0.2～0.4mm，见图6-12。

（4）如间隙不正常，松开铁心总成的两个固定螺钉A、B，并以A为支点，稍

微移动螺钉B，加以调整，直至所规定的标准值为止。

（5）拧紧固定螺钉并重新检验间隙。有些不能调整间隙的分电器，如果测得的空气间隙不在标准值（0.2～0.4 mm）范围内，应更换分电器壳体总成。

2、磁脉冲发生器传感线圈的检测

（1）测量传感线圈直流电阻

将传感线圈从线束连接器上拆下。(如果是整体式控制组件，在测试前应把

它从分电器上拆下来)。用万用表（R×10Ω挡）测量传感器线圈的电阻值（见

图6-13），一般正常值国产车为500～800Ω（CA1092型为 600～800Ω，东

风牌汽车为500～600Ω），进口车为130～180Ω。各厂的分电器传感器线圈的标准电阻不同。如无标准数据，也可利用性能良好的同类型分电器传感线

圈进行对比测试检查。如果用万用表测试其电阻小于标准值时，表明线圈有

匝间短路。

（2）测量传感线圈绝缘电阻

用万用表（R×10kΩ挡）一端接线圈，另一端搭铁，测量其绝缘电阻，其值

应为无穷大，见图6-14。如果测试时表针有摆动，即电阻小于无穷大时，说明线圈绝缘破坏，有搭铁故障存在，应更换新的传感器。

（3）测量传感线圈信号电压

信号发生器在工作时能产生交流信号电压，在检查时，可用万用表0～10 V

交流电压挡，使两表笔分别接在分电器感应线圈两接线柱上，用手快速转动

分电器轴，观察信号电压值是否符合规定值（一般有1～1.5 V信号电压，见图 6-15）。若万用表读数过低，甚至无读数指示，说明信号发生器有故障，应检查或者更换。

篇2：磁脉冲信号发生器的检查与调整

EE1523是一款高分辨率的数字脉冲信号发生器, 由51系列微处理器和CPLD的组合实现控制功能。处理器根据用户的操作要求 (键盘或GPIB远控式键盘) , 通过对DDS和其它硬件电路的控制, 实现仪器工作方式的改变, 获得用户所需信号。通过对DDS (AD9852) 的编程可以获得FSK、BPSK、SWP等信号。由CPLD实现波形转换和译码逻辑。通过对8291的编程实现GPIB远控功能。

设计中的主要技术难点有波形转换, DDS (AD9852) 编程等。

要求实现由正弦波到方波、脉冲波、三角波、锯齿波的转换。完成对各单元的译码逻辑, 实现GPIB远控。

EE1523函数信号发生器是一种实用测量仪器, 使用方便、可靠性好, 有能力大批量生产, 很受用户欢迎。与国内同类型产品相比有较好的性价比, 因此, 市场前景、经济效益均很好。

2 EE1523脉冲信发生器的原理

本仪器由触发、主振、延迟、脉宽、测量、显示、MCU、输出放大电路、稳压电源和与其配合的一些控制电路组成。整机原理框图见图一。当仪器工作在内触发时, 机内主振电路工作, 振荡信号作为触发信号;当工作在外触发时机主振电路停振, 外触发信号经过放大后作为触发信号。触发信号经整形后分成两路, 一路经同步放大电路输出作为同步输出信号, 另一路加至延迟电路, 延迟脉冲经整形后触发脉宽形成电路。在“单脉冲”时相对于延迟脉冲后沿有一触发信号, 在“双脉冲”时, 对应于延迟脉冲的前、后沿各有一个触发信号。脉宽形成电路输出在“正常”时直接加至放大电路, 在“倒置”时经倒置电路倒相后加至放大电路, 信号经放大、衰减后至前面板输出。在输出电路输出端还加有直流偏移电流, 时输出脉冲的基线电平能在-5V~+2V的范围内调节。同步触发信号分一路送计数器计脉冲信号的周期, 同步触发信号的上升沿与输出脉冲的上升沿送计数器计数作为延迟时间, 测量输出脉冲的上升沿与下降沿时间即为脉冲宽度。周期、延迟时间和脉冲宽度的测量值送面板显示, 如图1。

3 调试的方法

3.1 调试检查硬件步骤

(1) 首先检查接入的电源是否正确, 电压正常以后才能继续调试。若接入以后出现电压异常, 需关掉电源, 检查是印制板否短路, 排除故障, 是电压恢复正常

(2) 连接波段开关 (控制周期T) 到插座XS4, 连接电位器 (控制周期细调) 到XS3, 同步输出连接到示波器通道一 (终端接50Ω负载) , 打开电源, 观察示波器的波形 (波段开关和电位器均打到最小档) , 旋转电位器是否波形输出 (触发设置在内) , 若无, 检查三极管V20的C脚, 确保C脚为2V低电平左右, 若为高电平, 检查继电器K2, V19, V20及相关电阻电容, 是否出现错焊, 虚焊等现象, 确保C脚输出低电平。

(3) 若V20的C脚为低电平, 波形仍未输出, 检查同步输出XS19到V20之间的电路, 有无虚焊, 漏焊, 错焊现象, 排除表面的故障。若波形还未输出, 需要用万用表检查相关电路 (三极管) 的静态工作点是否适合, 用示波器检查振荡电路是否正确振荡, 直至有波形出现为止。

(4) 同步输出有波形出现, 调节电位器 (周期) , 从最大值旋转至最小值, 观察输出波形有无停振现象, 若有, 调节RP1和RP2, 找到这二个电位器的平衡点, 使输出波形无停振现象, 输出波形频率范围控制在6M左右~60M左右, 幅度为1V左右。若出现波形抖动或频率范围达不到, 调节VCC的电压为5.6V, 同时检查电源电压是否有超指标的纹波, 若出现纹波, 检查电源滤波电容, 使波形稳定。

(5) 连接电位器 (延时) 到XS5, 连接波段开关 (延时) 到显示XS14, 脉冲板的输出连接到示波器的通道2, 打开电源, 此时在示波器上能看同步输出波形和输出波形, 若出现同步波形抖动, 调节示波器的触发电平, 若输出波形抖动, 则调节延时, 使之到最小值;或者调节周期档, 使二者出现一个完整的周期波形。

(6) 若无输出波形, 检查连线是否正确, 若连线无误。使用示波器的表笔检查同步输出点到D2的14, 15脚之间的电路, 一级一级检查信号的传输, 找到波形出现错误的地方, 检查附近的电路表面有无错焊, 虚焊等直接错误, 有则改之。表面错误排除之后, 波形还是有错误, 用表笔检验振荡电路有无振荡, 若是振荡电路问题, 可以和调节周期振荡一样的调试办法将之搞定, 若不是振荡电路问题, 使用万用表检查出错部分的电路, 检查三极管的静态工作点是否正确, 逐渐排除, 直至问题得到解决。

(7) 用示波器的表笔检测D2的14, 15脚的波形是正确的, 但输出有问题或无输出, 将在后面的调试中给予说明。

(8) 在保证同步输出和延时输出时正确的情况下, 接下来调试脉宽部分。连接电位器 (脉宽) 到XS6, 连接波段开关 (脉宽) 到XS7, 脉冲板的输出连接到示波器的通道2, 在同步输出的一个完整波形内, 观察是否有输出波形。若无输出波形, 首先检查D2的14, 15脚到继电器K1之间的电路, 是否有虚焊, 错焊的表面错误, 有则改之。在示波器上观察输出波形的正确与否。有异常, 用示波器的表笔从D2的14, 15脚一级一级向下检查, 在振荡部分电力和延时振荡电路的调试办法一样, 在此段电路中, 有三个差分放大电路, 分别用万用表检查每个三极管的静态工作点, 排除错误, 直至K1的输出波形正确。若D3的5脚输入波形正确, 但K1的输出错误, 可将R98, R105二个电阻断开, 观察K1的输出波形。若没有错误, 就是K1以后的电路有问题, 接下里继续调解继电器K1以后的电路。若仍有错误, 检查D3及继电器K1的好坏, 排除错误即可。

(9) 在确定K2的输出无异常的情况下, 连接电位器 (脉冲幅度) 到XS11, 此时打开电源, 用示波器的表笔检测三极管V51的B脚输入波形是否正常, 若波形出现异常, 可用示波器的表笔从K1的输出脚逐级向下检查, 在这段电路部分只有2个差分放大电路, 比较容易检查。若信号在V46, V47的差分电路上有异常, 第一步可以用万用表检查这二个三极管的静态工作点, 若静态工作点有异常, 则需使用万用表检查控制恒流源的V49的静态工作点, 排除恒流源的问题, 若波形还是有问题, 就需要使用万用表检查差分电路的静态工作点, 同时使用示波器的表笔跟踪信号, 排除错误, 直至输入V51的B脚上的波形正常。

(10) 确保V51的输入信号正常之后, 可以将输出信号接到示波器的通道2, 直接观察输出波形, 如出现输出波形抖动, 调节脉宽, 使之在一个周期同步输出脉冲内, 若此时无波形或者波形出现异常, 检查V51之后的电路, 观察表面是否有虚焊, 漏焊, 错焊现象, 有则改之。若波形还是有问题, 此时需要使用示波器的表笔逐个检查每个三极管的输入波形和输出波形, 找出问题之所在 (三极管5583, 不要碰到R174) 。

3.2 调试功能部分

3.2.1 单次脉冲输出

控制继电器K3, 使触发发生在外触发, 同时按下单次的按钮, 及控制继电器K2, 这时在示波器上能看到一个脉冲。若无脉冲出现:

(1) 第一步需要确认连接线及继电器K2, K3无问题, 比如控制信号是否控制继电器, 相关电阻有无错焊等等。

(2) 第二步:检查单次按钮是否卡键及异常, 在按钮按下的瞬间又0V到5V的电压跳变。

(3) 第三部:使用示波器的表笔检测V20的C脚是否有电平跳变。

3.2.2 正常与倒置

在示波器能见到同步输出与输出都有至少一个周期的完整波形, 控制继电器K1, 此时能在示波器里看到输出波形发生了翻转。若无翻转现象, 首先要检查继电器K1是否受控了, 受控的时候能听到继电器的跳动声。若继电器受控, 需要换个继电器试试。

3.2.3 单双控制

调节输出波形, 使延时的时间大过一个输出波形的脉宽, 控制一下双的按钮, 这时在示波器里能看到在一个同步输出波形的周期内, 有二个脉冲的输出波。若此时无双脉冲出现:

(1) 第一步检查控制脚是否有高电平的信号, 按钮按下的时候, 控制脚应为3.3V。

(2) 第二步检查R175, R165是否错焊, 双脉冲的时候D3的9脚必须大于4.4V。

3.2.4 偏移控制

连接电位器 (偏移) 到XS13, 这时需要在示波器里能看到一个完整的输出波形, 在示波器上调节输出波形的地点, 便于偏移的调试。此时按下偏移的按钮, 调节电位器, 在示波器里便能看到脉冲波随着电位器的电压上下移动。若输出波形不变化:

(1) 第一步看示波器的通道二是否为交流耦合, 改成直流耦合。

(2) 第二步:偏移按钮有无按下, 即继电器K7是否受控, 若无控制信号, 检查控制信号。

(3) 第三步:检查电位器的输出电压是否可调, 若不可调, 检查是否短路。若出现偏移值不够, 需要检查电位器的输入电压够不够, 再者检查偏移这部分的电路是否有错焊, 虚焊等问题。

(4) 第四步:若上述问题已解决, 波形出现缺陷, 拉伸等问题, 可以调节RP4和RP5, 使这二者达到平衡, 即幅度, 沿, 过冲符合要求。偏移的调试中, 要使偏移量达到-5V~3V之间。

3.2.5 衰减控制

在示波器上能看到一个完整的输出波形。调节示波器, 使输出的波形显示在合适的位置, 此时只要控制相对应衰减的继电器, 就能从示波器上看看对应的衰减后的波形, 逐个控制衰减, 逐个检查。若衰减的波形有异常, 查找对应的衰减器, 是否控制信号有异常, 是否衰减电阻有错焊的现象, 是否继电器出现问题。

3.2.6 外触发控制

连接合成函数发生器1410到触发输入口, 设置1410的输出方波的频率及幅度, 同时把触发按钮设置在外触发上面, 此时示波器可以看到外触发输入信号对此电路的触发现象, 若出现输出波形异常, 抖动现象, 调节输出波形的延时及脉宽, 使有一个完整的波形出现在示波器中。若无触发波形出现:

(1) 第一步, 检查1410的设置是否正确及接线是否合理。

(2) 第二步, 检查这部分电路的表面故障, 有无错焊, 虚焊。

(3) 第三步, 使用示波器的表笔检测跟踪1410的输出信号, 逐级测试, 找到波形出现异常的地方, V19, V20每个管脚的波形是否正确。

(4) 第四步, 当检测出V20的C脚波形正确时, 可以排除V20前面的电路无误。

在外触发状态时, D1的10脚上面应该没有波形, 若出现波形, 则表示初级振荡这部分有问题, 需要用万用表逐级检查三极管的静态工作点, 找到错误。特别注意检测V9, V12, V27这三个三极管的静态工作点, 找到问题。

3.2.7 对输出波形的沿, 过冲的调试

若果输出波形的沿有大于5ns, 则需要微调R118,

稍微放大一点, 此时微调之后需要重新调节输出波形的最小最大值。对于过冲偏大的问题, 可以在R173输出点加一个6P左右的电容, 这样可能会影响到波形的沿, 需要找到R118和电容的平衡点。

3.2.8 取样电压 (幅度和偏移) 的调试

篇3：磁脉冲信号发生器的检查与调整

关键词：运放；窄脉冲；小信号

运算放大器是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，大部分的运放是以单芯片的形式存在。运放的种类繁多，广泛应用于电子行业中。

文中介绍的就是一种以三个芯片级联而成的差分运算放大器，该运放能实现窄脉冲小信号放大，脉冲的上升沿可以达到50ns。

1设计目的

根据项目需要，本次设计的差分运算放大器是用于放大检波器输出的信号的，由于接收机接受的信号是小信号脉冲调制，因此设计的运放必要能够放大小信号窄脉冲。因为在小信号情况下，检波器输出为毫伏级别，而指标要求输出在-2～+2V之间，所以设计的差分放大电路放大倍数约100倍。

2 设计思路

由于此次设计的运放是为了放大脉冲信号的，所以必须要考虑脉冲信号上升沿的问题，如果上升沿时间太大会导致脉冲信号的失真，因此设计的最初就是要限定脉冲信号上升沿时间T<50ns。由于脉冲信号的带宽和上升沿存在如下关系：F×T=3.5(F表示带宽)，可知上升沿时间越小，带宽就越大，当上升沿时间T=50ns时，带宽就要达到70MHz。因为运放的带宽和增益成反比，如果只使用一级运放，在达到要求带宽的同时增益就达不到要求的100，因此本次设计的运放采用两级放大结构，每级放大10倍。

3 相关电路

从以上分析可知本次运放电路采用两级结构。第一级首先对基带信号进行差分放大，芯片选择AD公司的ADA4817-1和ADA4817-2，第一级放大电路如图1所示。

第一级放大所用的芯片ADA4817-1(单通道)和ADA4817-2(双通道)FastFET放大器是单位增益稳定、超高速电压反馈型放大器，具有FET输入。这些放大器采用ADI公司专有的超高速互补双极型(XFCB)工艺，这一工艺可使放大器实现高速和超低的噪声(4nV/√Hz；2.5 fA/√Hz)以及极高的输入阻抗。

将第一级输出的信号进行二次放大，第二级放大选择AD公司的AD8009芯片。图2所示是第二级放大电路。

第二级放大所用的芯片AD8009是一款超高速电流反馈型放大器，压摆率达到惊人的5 500 V/μs，上升时间仅为545ps，因而非常适合用作脉冲放大器。

此外为了防止自激，在两级放大的中间连接了一个10Ω电阻。图3是差分运放的整体原理图。

4测试

图4是示波器上显示的是差分输入端得两个信号，从图上可以看出，两个信号的差是2.32mV。

图5是运放的输出信号，从图中可以看出输出信号为220mV，相比输入信号的2.32mV，实现了接近100倍的放大。而且可以从图中看出，上升沿为50ns，也是满足设计目标的。

图6是运放的实物图，实物图中包含了两组运放还有12V转成+5V和-5V的电源转换模块。

5结束语

综上所述，说明该运放几乎无失真的将检波器输出的毫伏级窄脉冲小信号放大了接近100倍。这证明本次设计的差分运放是能够满足要求的并且性能良好。?笮

参考文献

[1] 康华光.电子技术基础，高等教育出版社.

[2] 方振国，杨一军，陈得宝，等.差分-运放电压串联负反馈的理论计算与仿真分析.

[3] Dai，Y.;“ Noise performance analysis of bipolar operational amplifier based on the noise matrix superposition expression Circuits，Devices and Systems”，IEE Proceedings - Volume: 145，Issue: 5.

[4] Khare，K.; Khare，N.; Sethiya，P.K.; “ Analysis of low voltage rail-to-rail CMOS operational amplifier design Electronic Design”，2008. ICED 2008. International Conference on Digital Object Identifier: 10.1109/ICED.2008.4786640.

[5] Diogu，K.K.; Harris，G.L.; Mahajan，A.; Adesida，I.; Moeller，D.F.; Bertram，R.A.; “Fabrication and characterization of a 83 MHz high temperature β-SiC MESFET operational amplifier with an AlN isolation layer on (100) 6H-SiC” Device Research Conference，1996. Digest. 54th Annual.

[6] Ming-Dou Ker; Jung-Sheng Chen; “Impact of MOSFET Gate-Oxide Reliability on CMOS Operational Amplifier in a 130-nm Low-Voltage Process” Device and Materials Reliability，IEEE Transactions on Volume: 8，Issue: 2.

作者简介

篇4：双曲调频信号脉冲压缩分析与仿真

1双曲调频信号

设雷达系统发射信号为双曲调频信号［7］,其相位函数具有对数调制形式,复数表达式为

式中,T为脉冲宽度;为矩形函数,表达式为

其中,k = - B/Tforifend,f0= ( fori+ fend) /2,即f0为算术中心频率; fori和fend分别为信号起始频率和终止频率。

从以上可知,HFM信号带宽B = fend- fori与脉冲宽度T无直接对应关系,可满足大时宽带宽积复杂信号形式的要求,即具有脉冲压缩性质。

2匀速运动“点目标”回波模型

设目标为理想“点目标”,即目标尺寸远小于雷达分辨单元,下面将严格讨论运动目标回波的特点［2］。 设雷达发射信号为u( t)［8］。

雷达接收机在t时刻收到的回波是在t - tr时刻所发射的,而照射到目标上的时间为

假设目标朝向雷达以匀速v运动,R0为目标初始距离,则照射时的目标距离为

往返R( t') 距离所需的时间正是目标的延迟时间tr,即

其中,c为电磁波传播速度,即光速。由式( 3) ~ 式( 5) 可得

同时,通常情况下,延迟时间为tr的回波信号

将式( 6) 代入式( 7) 可得

其中,A为与信号能量有关的系数,令称为多普勒因子;令称为时延因子。为了后续的分析,假设忽略信号的传播衰减,并将信号能量归一化, 令A =槡s ,则从严格意义上讲,为了不忽略目标速度对回波信号的其他影响,目标回波信号可表示为

多普勒因子s表示信号在时间轴上的增长或压缩。可根据目标运动的方向来确定。目标朝向雷达运动时,v为正值,相当于波形在时间轴上压缩,而在频率轴上频谱将展宽［2］。

3脉冲压缩

3. 1频域匹配滤波

众所周知,理想的脉冲压缩滤波器就是匹配滤波器,对于相同的待测目标,不同的雷达发射信号形式, 会产生不同的脉压结果。脉冲压缩有基于时域卷积法和频域法两种方式,这两种实现方法的本质是相同的。 在信号时宽带宽积较大时,频域法的运算量远小于时域卷积法,所以仿真采用频域FFT法［4］,频域脉压实现模型如图3所示。

根据匹配滤波器知识,最佳接收机的频谱传输函数应取回波信号频谱的复共轭,但由于目标有速度,回波中相应会产生多普勒频移,故实际接收机的滤波器频谱特性为发射信号频谱的复共轭,并加上一个为满足物理可实现性的延迟相位因子。即接收机实际是与发射信号匹配而并非真正地与回波信号匹配［9］。

设雷达发射信号u( t) 的频谱为U( f) ,由图4可看出,其不像线性调频信号的频谱一样在整个带宽内近似于矩形,而是一个在整个带宽内拖着长尾的衰减函数。则当滤波器的频率响应为H( f) = KU*( f) exp ( - j2πft0) 时,在滤波器输出端能得到最大信噪比,K为常数; t0为使滤波器物理可实现所附加延迟［10］。而该滤波器称为最大信噪比准则下的最佳滤波器,即匹配滤波器。

3. 2 HFM信号的多普勒不变性

根据前面讨论的HFM信号形式和匀速运动目标回波模型,可得雷达发射HFM信号时,经过一定的时延 τ,接收到的回波为

根据HFM信号的回波形式,可得回波信号的瞬时相位

故回波的瞬时频率为

而发射信号的瞬时频率为

若要满足多普勒不变性,使得回波的瞬时频率与发射信号的瞬时频率相等,则必须找到一个时延差 Δt,使f( t) = fr( t - Δt) ,将式( 12) 与式( 13) 代入,可得

为便于讨论,令 τ =0,此时 Δt = ( 1 - s) /ksf0。在文中即通常c/v1,说明了1-s极为接近于0,同时k与f0为常量,且|kf0|≥1,故时延差 Δt≥0但接近于0, 且随着s的增加而变大。当目标处在实际正常速度范围内时,其数量级较小,如图6所示,即使s较大,时延差 Δt的量级也处在10－ 6,可见目标速度越处于实际范围, 时延差 Δt则越接近于0。图中的横轴s =1. 2时,对应的速度v =c/11,已大幅超越目标实际可达到的速度,但其只是理论分析,实际中不可能出现此种情况。

可见时延差 Δt≈0,故认为在HFM信号的条件下,无需人为设定一个时延差,便可自然满足f( t) ≈ fr( t) 。即HFM信号固有的特点决定了,发射信号瞬时频率与回波瞬时频率接近,相当于对多普勒频移进行了自然的补偿［11］。为便于观察,参照图6中 Δt的数量级取值,人为设定一组 Δt值,Δt越大,回波瞬时频率与发射信号瞬时频率相差也越大。从图7中看出, 即使 Δt = 10－ 6,前后瞬时频率仍较为接近,这便是HFM信号的多普勒不变性。

综上所述,匹配滤波器与发射信号匹配,此时即与回波信号匹配,从而当回波信号通过匹配滤波器时,通常能够达到最佳的脉压效果。

4脉压仿真

在Matlab环境中,对HFM信号进行脉压仿真。假设发射信号幅度A = 1; 发射脉冲的持续时间T = 100 μs; 双曲调频信号的起始频率为2 MHz,终止频率20 MHz,即带宽B = 18 MHz; 信号传播速度c = 3e8m / s; 目标与雷达的距离R =9 000 m,采样率fs= 100 MHz。

按照匹配滤波器理论进行频域脉压,设定目标速度分别为0,2 Ma( 1 Ma =1 126 km/h) ,5 Ma,30 Ma。 速度为0代表静止目标; 2 Ma左右为正常飞行器速度范围; 5 Ma速度在实际中只有导弹或个别实验性无人机可达到; 而对于15 Ma速度的目标进行脉压,则只是为了说明HFM信号在处理高速目标时,多普勒频移对脉压结果的影响较小。

如图8和图9所示,在几种速度下,脉压结果的主峰较宽,不存在明显突出的旁瓣,且峰值与静止目标脉压输出相比,几乎无衰减; 随着速度的增大,匹配滤波器存在失配,即脉压结果在时间轴上有所移动,速度越大, 偏移越多。但这均是微小的移动,总体来说,脉压结果仍保持着目标较准确的距离信息。这也证明了前面对HFM信号多普勒不变性的分析,虽然目标有速度,回波存在多普勒频移,但HFM信号的固有特点将其影响减弱至最小,从而使得回波与匹配滤波器几乎始终匹配。

5结束语

HFM是一种具有脉冲压缩性质的特殊信号形式, 由于其信号固有的多普勒不变性质,使得脉压结果受多普勒频移的影响较小,适用于高速目标的检测,对于实际的匀速目标,可获得较准确的距离信息; 复数脉压输出无明显突出旁瓣,在一定程度上也适合于检测多目标。但同时应看到,HFM信号脉压后的主峰较宽, 距离分辨力较低。

摘要：介绍了双曲调频信号,其具有较大的时宽带宽积和良好的多普勒不变性,脉冲压缩之后基本不存在时频耦合问题。文中在理论分析的基础上,通过Matlab仿真,说明了HFM信号的脉压输出响应受多普勒频移的影响较小,在实际速度范围内能较好地获取目标的距离信息。

篇5：磁脉冲信号发生器的检查与调整

随着MOSFET开关技术的发展,开关模块的在耐受电压为10kV情况下,工作重复频率极限已经达到了100kHz左右[1],大大提高了高压脉冲源的工作重复频率,为脉冲源进一步的广泛应用打下基础。本文设计了一种以高速MOS开关模块为基础,基于脉冲形成线原理的,工作电压为4.5kV,重复频率为80kHz的高频高压脉冲源。如此高重复频率的高压脉冲源中开关及电路中高电压和大电流源的剧烈变化会导致严重的电磁干扰,同时本文中MOS开关模块的控制电路对稳定度的要求十分高,必然会受到电磁干扰的影响,导致不能正常工作。因此研究脉冲源中电磁兼容问题十分重要,为此本文展开了高压高重复频率脉冲源中电磁兼容问题的研究,在分析其干扰信号频谱分布及传播路径的基础上制定了以屏蔽、滤波为主的电磁兼容方案,最终通过对电路的测试验证了本电磁兼容方案的有效性。

1 理论分析

1.1 脉冲信号频谱分析

对于本文而言,脉冲源的输出可以视为一个矩形周期信号,脉宽110ns,重复周期80kHz,波形如图1所示。

其数学表达式如下:

其中T信号周期,τ为脉冲宽度。对其做傅里叶变换[2]得到:

原信号可以表示为:

ω0为脉冲信号的角频率,E为信号幅值,图2为脉冲信号幅值E为1时的主带宽频谱图。

经过分析可知,脉冲信号的主带宽为9.1MHz,比一般的低频率脉冲信号的主带宽要高,同时由于本文脉冲信号幅值为4kV,带外频率的干扰也不能忽视,这样干扰信号的频谱分布范围更宽。在低频段其产生的干扰以近场干扰为主,高频段以辐射干扰为主,需要在电磁兼容措施中区别考虑。

1.2 脉冲源传播路径分析

电磁干扰传播路径分为辐射干扰和传导干扰[3],辐射干扰通过空间传播,传导干扰通过电路传播。经过分析可知,脉冲源中的干扰同样按照传播路径不同可以分为以下几种:

(1)脉冲输出及开关电路产生的辐射干扰通过空间传播,将影响5V及350V电流源以及驱动电路的PCB线路板及信号线。

(2)MOS开关模块产生的传导干扰将沿线影响5V直流源和触发信号的驱动电路。在电磁兼容设计中需针对不同的干扰传播路径采取相应的抑制措施。

2 脉冲源电磁兼容方案设计

经过前面对电路中电磁干扰类型和传播路径的不同制定了以屏蔽、滤波为主的电磁兼容方案,制定了适用于脉冲源的具体电路。

2.1 电磁屏蔽设计

屏蔽分为主动屏蔽和被动屏蔽[3]。主动屏蔽是将干扰源限制在一定空间内。被动屏蔽是对敏感设备的保护,将干扰隔离在外。按照屏蔽的场的类型可以分为电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽。其中电屏蔽主要针对近场包括对静电和低频电场的屏蔽;磁屏蔽是对近场包括横流磁场和低频磁场的屏蔽;电磁屏蔽是对辐射场的屏蔽。

要实现对场的屏蔽必须选择好屏蔽材料。电屏蔽和电磁屏蔽的材料一般是良性导体,磁屏蔽则主要依赖高导磁材料所具有的低磁阻使得屏蔽体内部(外部)的磁场大大减弱。以往的屏蔽设计多采用铜、铝材料,但是它们的磁导率μ=μ0,对于磁屏蔽的效果几乎为零。表1示出了几种常见金属相对于铜的电导率、磁导率对比,经过对比可以发现,传统用于屏蔽盒设计的铜、铝材料其相对磁导率都比较低而被舍弃,最终确定选取铁材料做脉冲源的屏蔽盒。

2.2 滤波电路设计

共模干扰实质是干扰电流在电缆中的所有导线上的幅度、相位相同,其电流是在电缆与大地之间形成的回路中流动[4]。差模干扰,是指干扰电流在信号线与信号地线之间流动的干扰。在信号电缆中,差模电流主要是电路的工作电流。

共模扼流圈是将信号线及其回线绕在同一磁芯上,如图4所示。其工作原理可以通过楞次定律来解释,当有同向的共模电流通过时,下绕组产生磁场H1并耦合到上绕组,根据楞次定律,上绕组感生的电流必定会产生与H1方向相反的磁场,而上绕组原有的电流产生的磁场与H1方向相同,因此可以推知,同理下绕组的共模电流也因与上绕组耦合的磁场产生的感生电流方向相反而抵消,使得共模电流得到扼制。

差模信号的抑制则靠传统的滤波电路来实现,在设计时需要考虑其截止频率,一般选取为主带宽频率。同时由于kV级电压输出时产生的干扰将在数伏,单级的共模差模滤波难以实现对干扰信号的完全抑制。因此必须采用多级级联方式实现共模、差模交替互联的电路形式才行,其结构如图5所示。

对于电源线中干扰信号的抑制则采取单级的共模、差模滤波电路即可,电路形式与图5类似。

经过前文分析,脉冲信号的主频带带宽为9.1MHz,干扰信号的频谱则更为宽广,因此工作频率成为选择铁磁材料的关键因素。经过对比发现金属性材料的工作频率最高仅为500kHz,磁性粉材料也仅为1MHz[5],对更高频率的干扰信号抑制作用不强。以往选用的锰锌铁氧体材料同样存在这样问题。只有镍锌铁氧体的工作频率在百兆赫,最终可以确定镍锌铁氧体为绕制共模电感的材料。

3 实验结果与分析

图6为脉冲源的屏蔽电路,图7为添加共模、差模滤波电路后的控制电路。对前后控制端信号进行测试。未加电磁防护措施时,高压输出仅为500V时前级脉冲网络中信号如图8所示,其干扰的峰值为2V,随着电压的升高,干扰信号幅值将继续上升,湮没触发信号。在添加电磁抑制措施后,高压输出电压为4.5kV时,触发信号如图9所示,波形并未出现明显变形,并且可以维持开关的正常工作,可见通过以上电磁防护措施后确实对电路有明显的保护作用,验证了EMC措施的有效性。

5 结论

通过对脉冲源中电磁干扰的频谱分析和传播路径分析,针对不同类型、不同传播路径的电磁干扰采用相应的屏蔽、滤波措施,成功地实现了脉冲源的电磁兼容,实现了重复频率80kHz,电压输出4.5kV的脉冲源。

摘要：本文研究了基于MOS固态开关的高频高压脉冲源中的电磁兼容问题,通过分析其干扰信号频谱分布及传播路径,制定了以屏蔽和滤波为主的电磁兼容方案,最终实现了重复频率80kHz,4kV脉冲源,实验验证了电磁兼容措施的有效性。

关键词：电磁兼容,高压脉冲源,屏蔽,滤波

参考文献

[1] 朱会柱.400kHz高重频高压脉冲源中电磁兼容问题研究[D].上海:上海交通大学,2011．

[2] 刘俊.信号与系统(第2版)(MATLAB版)[M].北京:电子工业出版社.2011,1．

[3] 路宏敏.工程电磁兼容[M].西安:西安电子科技大学出版社.2003．

[4] Makino O,Ningrum E S.Common mode current characteristics in transmission line with common mode chokes represented by two-port chain matrix[C]//Proc. of 2002 Asia-Pacific Conference on Circuits and Systems, APCCAS,2002, 1 : 105-108．